变频器的选择、-安装与调试

一、机械传动系统机械传动系统的组成由电动机、传动机构和负载组成。电动机：系统的动力源，由它拖动系统运行。最简单的传动系统：电动机、连轴器和负载，电动机输出转矩TM，它与负载的阻转矩TL大小相等，方向相反，即TM＝TL当电动机以转速n运行时，输出功率为式中：n—电动机转速，单位r/min；TM—电动机输出的电磁转矩，单位N.m；P—电动机轴输出功率，也是负载侧消耗的总功率，单位kW。电动机的机械特性，必须与负载的机械特性相匹配，整个传动系统才能正常工作。nnTP9550m2019/11/143（一）恒转矩负载式中，PL是负载功率（kW）。恒转矩负载的静负载转矩在任何转速下总保持恒定或基本恒定，其基本特点是constTLnnTP9550LL二、负载机械特性分类2019/11/144负载的转矩特性是指生产机械负载的静态阻转矩和转速之间的关系。生产机械的种类不同，工艺要求不同，它们的转矩特性也各不相同。比较典型的负载转矩特性通常可分为三种：恒转矩负载、恒功率负载和平方转矩负载一、负载的转矩特性2019/11/145恒转矩负载特点：转矩特点：在不同的转速下，负载的阻转矩基本恒定，即负载转矩的大小与转速无关；功率特点：负载功率与速度成正比。1.恒转矩负载式中，PL是负载功率（kW）。对于恒转矩负载来说，其负载功率PL与转速成正比变化constTLnnTP9550LL（1-55）2019/11/146恒转矩负载典型系统：位能性负载，如电梯、卷扬机、起重机、抽油机等。摩擦类负载，如传送带、搅拌机、挤压成型机、造纸机等。例如起重机吊起重物时，重物受到地球引力为FL，卷绕轮的半径为r，则负载转矩为TL=rFL。不管电动机的转速如何，因为FL不变，TL不变，所以这类负载具有恒转矩特性。2019/11/1471.恒转矩负载以传送带为例，其静负载转矩的大小决定于（1-56）上式中，F是滚轮与皮带之间的摩擦力；r是滚轮的半径，两者都与转速无关，所以在调节转速的过程中，转矩TL保持不变rFTL2019/11/148负载要求：低速区的转矩要足够大，并且要有足够的转矩过载能力。1.恒转矩负载通用变频器（U/f控制）--利用转矩提升功能--既满足低速起动和低速稳定运行的需要，又不会过励磁。2019/11/149恒转矩负载的功率与转速成正比，转速越高，负载所需的功率越高，电动机的功率应满足最高转速下的负载功率要求。1.恒转矩负载如果需要在低速下稳速运行，应该考虑到由于负载转矩不变，电动机定子电流亦基本不变，而通用标准（非变频专用）异步电动机的散热能力却变坏的特点，采取相应的措施。2019/11/14101.恒转矩负载调速系统开环人为调节工作频率闭环自动调节工作频率2恒功率负载变频器的选择恒功率负载是指负载转矩TL的大小与转速n成反比，而其功率基本维持不变的负载。属于这类负载的有：1）各种卷取机械:卷绕机，开始卷绕时卷绕直径小，转矩小，则卷绕速度高；当卷绕直径逐渐增大时，转矩增大，则卷绕速度降低，保持卷绕功率为一恒定值。2）轧机在轧制小件时用高速轧制，但转矩小；轧制大件时轧制量大需较大转矩，但速度低，故总的轧制功率不变。3）车床加工零件，在精加工时切削力小，但切削速度高；相反，粗加工时切削力大，切削速度低，总的切削功率不变。车床以相同的切削线速度和吃刀深度加工工件时，若工件的直径大，则主轴的转速低；若工件的直径小，则主轴的转速高，保持切削功率为一恒定值。(1)恒功率负载的特点1）功率恒定恒功率负载的力F必须保持恒定，且线速度v保持恒定。所以，在不同的转速下，负载的功率基本恒定：PL=Fv＝常数2）负载阻转矩的大小与转速成反比负载阻转矩的大小决定于：TL=Fr(8-8)式中F——卷取物的张力；r——卷取物的卷取半径。根据负载的机械功率PL和转矩PL、转速nL之间的关系，有：(8-9)即，负载阻转矩的大小与转速成反比。LLL9550nPT(2)恒功率负载变频器的选择对恒功率负载，一般可选择通用型的，采用U/f控制方式的变频器。但对于动态性能有较高要求的卷取机械，则必须采用具有矢量控制功能的变频器。a）机械特性b)功率特性图5-6恒功率负载的机械特性和功率特性2019/11/14143二次方律负载变频器的选择二次方律负载是指转矩与速度的二次方成正比例变化的负载，例如：风扇、风机、泵、螺旋桨等流体机械的负载转矩，机械特性和功率特性如图5-8所示。a)机械特性b)功率特性图5-8二次方律负载的特性(1)二次方律负载的特点二次方律负载机械在低速时由于流体的流速低，所以负载转矩很小，随着电动机转速的增加，流速增快，负载转矩和功率也越来越大，负载转矩TL和功率PL可用下式表示：(8-10)(8-11)式中T0、P0——分别为电动机轴上的转矩损耗和功率损耗；KT、KP——分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数如风扇叶即使在空载状态下，电动机轴上也会有损耗转矩T0，如摩擦转矩。2LT0LnKTT30LPLnKPP(2)二次方律负载变频器的选择可以选用“风机、水泵用变频器”。这是因为：1)风机和水泵一般不容易过载，所以，这类变频器的过载能力较低。为120％，1min(通用变频器为150％，1min)。因此在进行功能预置时必须注意。由于负载转矩与转速的平方成正比，当工作频率高于额定频率时，负载的转矩有可能大大超过变频器额定转矩，使电动机过载。所以，其最高工作频率不得超过额定频率。2)配置了进行多台控制的切换功能。3)配置了一些其他专用的控制功能，如“睡眠”与“唤醒”功能、PID调节功能。三、齿轮传动机构齿轮传动是传统的机械传动装置。1．齿轮传动的作用：通过改变输入轴齿轮Z1和输出轴齿轮Z2的齿数比，可以改变输入轴和输出轴的转速比和转矩比。在变频器调速系统中，当调速范围和转矩不符合负载要求时，可采用一级齿轮传动，使转速和转矩改变。采用升速传动，可使电动机的转矩减小；采用减速传动，可使电动机转矩增大。2．齿轮传动机构中各量之间的关系:传动比：输入轴转速n1与输出轴转速n2之比（见图5-6），用λ表示，即：由传动比的定义式可知，λ﹤1，为升速传动；λ﹥1为降速传动；λ＝1，为直接传动。四、传动方案选择实例例5-1已知一变频器调速系统，其负载的阻转矩为88N·m，调速范围为0~335r/min，由4极电动机驱动，负载最大功率消耗。请选择驱动方案。采用一级降速齿轮传动后，所需电动机和变频器的容量都减小了。第二节变频器的选择变频器选择的依据：功能、容量、质量、品牌、价格、型号。一、风机、泵类负载变频器的选择风机、泵类负载使用变频器目的：节能，可达30~40％。1．风机、泵类负载的特性2．风机、泵类负载选择变频器的要点（1）种类：风机、泵类负载是最普通的负载，普通U∕f控制变频器即可满足要求。也可选用专用变频器。（2）变频器的容量选择：等于电动机的容量即可。但空气压缩机、深水泵、泥沙泵、快速变化的音乐喷泉等负载，由于电动机工作时冲击电流很大，所以选择时应留有一定的裕量。（3）工频－变频切换注意：变频器的输出为电子开关电路，过载能力差，在切换时要考虑变频器的承受能力。①由工频运行切换到变频运行时，先将电动机断电，让电动机自由降速运行。同时检测电动机的残留电压，以推算出电动机的运行频率，使接入变频器的输出频率与电动机的运行频率一致，以减小冲击电流。②当变频运行切换到工频运行时，采用同步切换的方法，即变频器将频率升高到工频，确认频率及相位与工频一致时再进行切换。（4）设置瞬停再起功能。（5）设置合适的运行曲线：选择平方律补偿曲线或将变频器设置为节能运行状态。（6）采用连轴器传动。二、机械传动系统变频器的选择选择原则：节能、满足传动要求。1．机床用变频器的选择（1）数控车床：一般可选用普通U∕f控制变频器，为了提高控制精度选用矢量控制变频器效果更好。考虑到车床的急加速或偏心切削等问题，可适当加大变频器的容量；为了提高低速切削时的主轴转矩，可采用一级降速齿轮传动。（2）立式车床：由于主轴有很大惯性，选用变频器时要特别注意到制动装置和制动电阻的容量。立式车床选择通用U∕f控制变频器即可满足要求。2．大惯性负载变频器选择3．不均匀负载变频器选择轧钢机除了工作时负载不均匀之外，对速度精度要求很高，因此采用高性能矢量控制变频器。4．流水线用变频器选择特点：多台电动机按同一速度（或按一定速度比）运行，且每台电动机均为恒转矩负载。选择要求：一般选用U∕f控制变频器，但频率分辨率要高，比例运行的速度精度要高，必要时可加速度反馈。三、变频器容量计算变频器的容量一般用额定输出电流（A）、输出容量（kVA）、适用电动机功率（kW）表示。根据电动机电流选择变频器容量：采用变频器驱动异步电动机调速时，在异步电动机确定后，通常应根据异步电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值（最大值）来选择变频器。1．连续运行的场合由于变频器供给电动机是脉动电流，其脉动值比工频供电时的电流要大。因此须将变频器的容量留有适当的裕量。2．加减速时变频器容量的选定变频器的最大输出转矩是由变频器的最大输出电流决定的。3．频繁加减速运转时变频器容量的选定按下式进行选定：N1NV)1.1~05.1(≥IImax1NV)1.1~05.1(≥IIn21n221101NVtttItItIKI4．电流变化不规则的场合根据使电动机在输出最大转矩时的电流限制在变频器的额定输出电流内的原则，选择变频器容量。5．电动机直接起动时所需变频器容量的选定6．多台电动机共用一台变频器供电上述1～5仍适用，但还应考虑以下几点：（1）根据各电动机的电流总值来选择变频器。（2）有多台电动机依次进行直接起动，到最后一台电动机起动时，其起动条件最不利。（3）在确定软起动、软停止时，一定要按起动最慢的那台电动机进行确定。（4）如有一部分电动机直接起动时，可按下式进行计算：gK1NV≥KIIgN21K2NV1≥KINNINI5.3变频器外围设备及其选择变频调速系统比较完整的主电路，如图5-11所示。图5-11森兰SB70G变频调速系统的完整主电路1断路器变频调速系统的主电路是指从交流电源到负载之间的电路。1.断路器的功能1)隔离作用;2)保护作用2.断路器的选择低压断路器的额定电流IQN应选：IQN≥（1.3～1.4）IN（5-15）式中IN——变频器的额定电流。在电动机要求实现工频和变频的切换控制的电路中，断路器应按电动机在工频下的起动电流来进行选择：IQN≥2.5IMN（5-16）式中IMN——电动机的额定电流。2电磁接触器电磁接触器的功能是在变频器出现故障时切断主电源，并防止掉电及故障后的再起动。图8-15电磁接触器1)输入侧接触器的选择IKN≥IN2)输出侧接触器的选择IKN≥1.1IMN3）工频接触器的选择工频接触器的选择应考虑到电动机在工频下的起动情况，其触点电流通常可按电动机的额定电流再加大一个挡次来选择。3输入交流电抗器输入交流电抗器可抑制变频器输入电流的高次谐波，明显改善功率因数。输入交流电抗器为另购件，在以下情况下应考虑接入交流电抗器：①变频器所用之处的电源容量与变频器容量之比为10﹕1以上；②同一电源上接有晶闸管变流器负载或在电源端带有开关控制调整功率因数的电容器；③三相电源的电压不平衡度较大（≥3%）；④变频器的输入电流中含有许多高次谐波成分，这些高次谐波电流都是无功电流，使变频调速系统的功率因数降低到0.75以下⑤变频器的功率＞30kW。表5-3常用交流电抗器的规格4电源滤波器滤波器就是用来削弱较高频率的谐波电流，以防止变频器对其他设备的干扰。滤波器主要由滤波电抗器和电容器组成。a)输入侧滤波器b)输出侧滤波器c)滤波电抗器的结构图8-18无线电噪声滤波器各相的连接线在同一个磁心上按相同方向绕4圈(输入侧)或3圈(输出侧)构成。需要说